]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/evaluate.cpp
08796159bde5e8cc1860a512c5e541e2dd8df7ee
[stockfish] / src / evaluate.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5   Copyright (C) 2015-2017 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
6
7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
10   (at your option) any later version.
11
12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
15   GNU General Public License for more details.
16
17   You should have received a copy of the GNU General Public License
18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19 */
20
21 #include <algorithm>
22 #include <cassert>
23 #include <cstring>   // For std::memset
24 #include <iomanip>
25 #include <sstream>
26
27 #include "bitboard.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "material.h"
30 #include "pawns.h"
31
32 namespace {
33
34   const Bitboard Center      = (FileDBB | FileEBB) & (Rank4BB | Rank5BB);
35   const Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
36   const Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
37   const Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
38
39   const Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
40     QueenSide, QueenSide, QueenSide, CenterFiles, CenterFiles, KingSide, KingSide, KingSide
41   };
42
43   namespace Trace {
44
45     enum Tracing {NO_TRACE, TRACE};
46
47     enum Term { // The first 8 entries are for PieceType
48       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, INITIATIVE, TOTAL, TERM_NB
49     };
50
51     double scores[TERM_NB][COLOR_NB][PHASE_NB];
52
53     double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
54
55     void add(int idx, Color c, Score s) {
56       scores[idx][c][MG] = to_cp(mg_value(s));
57       scores[idx][c][EG] = to_cp(eg_value(s));
58     }
59
60     void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
61       add(idx, WHITE, w); add(idx, BLACK, b);
62     }
63
64     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
65
66       if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == Term(PAWN) || t == INITIATIVE || t == TOTAL)
67           os << "  ---   --- |   ---   --- | ";
68       else
69           os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] << " "
70              << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] << " | "
71              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][MG] << " "
72              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][EG] << " | ";
73
74       os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] - scores[t][BLACK][MG] << " "
75          << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] - scores[t][BLACK][EG] << " \n";
76
77       return os;
78     }
79   }
80
81   using namespace Trace;
82
83   // Evaluation class contains various information computed and collected
84   // by the evaluation functions.
85   template<Tracing T = NO_TRACE>
86   class Evaluation {
87
88   public:
89     Evaluation() = delete;
90     Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
91     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
92
93     Value value();
94
95   private:
96     // Evaluation helpers (used when calling value())
97     template<Color Us> void initialize();
98     template<Color Us> Score evaluate_king();
99     template<Color Us> Score evaluate_threats();
100     template<Color Us> Score evaluate_passed_pawns();
101     template<Color Us> Score evaluate_space();
102     template<Color Us, PieceType Pt> Score evaluate_pieces();
103     ScaleFactor evaluate_scale_factor(Value eg);
104     Score evaluate_initiative(Value eg);
105
106     // Data members
107     const Position& pos;
108     Material::Entry* me;
109     Pawns::Entry* pe;
110     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
111     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
112
113     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
114     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which are
115     // also calculated are QUEEN_DIAGONAL and ALL_PIECES.
116     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
117
118     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
119     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
120     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
121     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
122
123     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
124     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
125     // adjacent to the king, and (only for a king on its first rank) the
126     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
127     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
128     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
129     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
130
131     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
132     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
133     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
134
135     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of the
136     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
137     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
138     // KingAttackWeights array.
139     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
140
141     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
142     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
143     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
144     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
145     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
146     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
147   };
148
149   #define V(v) Value(v)
150   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
151
152   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
153   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
154   const Score MobilityBonus[][32] = {
155     { S(-75,-76), S(-57,-54), S( -9,-28), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 14, 12), // Knights
156       S( 22, 26), S( 29, 29), S( 36, 29) },
157     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
158       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
159       S( 91, 88), S( 98, 97) },
160     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
161       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
162       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
163     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
164       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
165       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
166       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
167       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
168   };
169
170   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for minor
171   // pieces if they can reach an outpost square, bigger if that square is
172   // supported by a pawn. If the minor piece occupies an outpost square
173   // then score is doubled.
174   const Score Outpost[][2] = {
175     { S(22, 6), S(36,12) }, // Knight
176     { S( 9, 2), S(15, 5) }  // Bishop
177   };
178
179   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is no
180   // friendly pawn on the rook file.
181   const Score RookOnFile[] = { S(20, 7), S(45, 20) };
182
183   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
184   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
185   // pawn-defended are not considered.
186   const Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
187     S(0, 0), S(0, 33), S(45, 43), S(46, 47), S(72, 107), S(48, 118)
188   };
189
190   const Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
191     S(0, 0), S(0, 25), S(40, 62), S(40, 59), S(0, 34), S(35, 48)
192   };
193
194   // ThreatByKing[on one/on many] contains bonuses for king attacks on
195   // pawns or pieces which are not pawn-defended.
196   const Score ThreatByKing[] = { S(3, 62), S(9, 138) };
197
198   // Passed[mg/eg][Rank] contains midgame and endgame bonuses for passed pawns.
199   // We don't use a Score because we process the two components independently.
200   const Value Passed[][RANK_NB] = {
201     { V(5), V( 5), V(31), V(73), V(166), V(252) },
202     { V(7), V(14), V(38), V(73), V(166), V(252) }
203   };
204
205   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
206   const Score PassedFile[FILE_NB] = {
207     S(  9, 10), S( 2, 10), S( 1, -8), S(-20,-12),
208     S(-20,-12), S( 1, -8), S( 2, 10), S(  9, 10)
209   };
210
211   // KingProtector[PieceType-2] contains a bonus according to distance from king
212   const Score KingProtector[] = { S(-3, -5), S(-4, -3), S(-3, 0), S(-1, 1) };
213
214   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
215   const Score MinorBehindPawn       = S( 16,  0);
216   const Score BishopPawns           = S(  8, 12);
217   const Score LongRangedBishop      = S( 22,  0);
218   const Score RookOnPawn            = S(  8, 24);
219   const Score TrappedRook           = S( 92,  0);
220   const Score WeakQueen             = S( 50, 10);
221   const Score CloseEnemies          = S(  7,  0);
222   const Score PawnlessFlank         = S( 20, 80);
223   const Score ThreatByHangingPawn   = S( 71, 61);
224   const Score ThreatBySafePawn      = S(192,175);
225   const Score ThreatByRank          = S( 16,  3);
226   const Score Hanging               = S( 48, 27);
227   const Score WeakUnopposedPawn     = S(  5, 25);
228   const Score ThreatByPawnPush      = S( 38, 22);
229   const Score ThreatByAttackOnQueen = S( 38, 22);
230   const Score HinderPassedPawn      = S(  7,  0);
231   const Score TrappedBishopA1H1     = S( 50, 50);
232
233   #undef S
234   #undef V
235
236   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
237   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 78, 56, 45, 11 };
238
239   // Penalties for enemy's safe checks
240   const int QueenSafeCheck  = 780;
241   const int RookSafeCheck   = 880;
242   const int BishopSafeCheck = 435;
243   const int KnightSafeCheck = 790;
244
245   // Threshold for lazy and space evaluation
246   const Value LazyThreshold  = Value(1500);
247   const Value SpaceThreshold = Value(12222);
248
249
250   // initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring bitboard
251   // for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
252
253   template<Tracing T> template<Color Us>
254   void Evaluation<T>::initialize() {
255
256     const Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
257     const Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
258     const Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
259     const Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
260
261     // Find our pawns on the first two ranks, and those which are blocked
262     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
263
264     // Squares occupied by those pawns, by our king, or controlled by enemy pawns
265     // are excluded from the mobility area.
266     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.square<KING>(Us) | pe->pawn_attacks(Them));
267
268     // Initialise the attack bitboards with the king and pawn information
269     b = attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
270     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
271
272     attackedBy2[Us]            = b & attackedBy[Us][PAWN];
273     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = b | attackedBy[Us][PAWN];
274
275     // Init our king safety tables only if we are going to use them
276     if (pos.non_pawn_material(Them) >= RookValueMg + KnightValueMg)
277     {
278         kingRing[Us] = b;
279         if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
280             kingRing[Us] |= shift<Up>(b);
281
282         kingAttackersCount[Them] = popcount(b & pe->pawn_attacks(Them));
283         kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
284     }
285     else
286         kingRing[Us] = kingAttackersCount[Them] = 0;
287   }
288
289
290   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given
291   // color and type.
292
293   template<Tracing T>  template<Color Us, PieceType Pt>
294   Score Evaluation<T>::evaluate_pieces() {
295
296     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
297     const Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
298                                                : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
299     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
300
301     Bitboard b, bb;
302     Square s;
303     Score score = SCORE_ZERO;
304
305     attackedBy[Us][Pt] = 0;
306
307     if (Pt == QUEEN)
308         attackedBy[Us][QUEEN_DIAGONAL] = 0;
309
310     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
311     {
312         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
313         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
314           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
315                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
316
317         if (pos.pinned_pieces(Us) & s)
318             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
319
320         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
321         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= attackedBy[Us][Pt] |= b;
322
323         if (Pt == QUEEN)
324             attackedBy[Us][QUEEN_DIAGONAL] |= b & PseudoAttacks[BISHOP][s];
325
326         if (b & kingRing[Them])
327         {
328             kingAttackersCount[Us]++;
329             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
330             kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
331         }
332
333         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
334
335         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
336
337         // Bonus for this piece as a king protector
338         score += KingProtector[Pt - 2] * distance(s, pos.square<KING>(Us));
339
340         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
341         {
342             // Bonus for outpost squares
343             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
344             if (bb & s)
345                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
346             else
347             {
348                 bb &= b & ~pos.pieces(Us);
349                 if (bb)
350                    score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
351             }
352
353             // Bonus when behind a pawn
354             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
355                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
356                 score += MinorBehindPawn;
357
358             if (Pt == BISHOP)
359             {
360                 // Penalty for pawns on the same color square as the bishop
361                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
362
363                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
364                 if (more_than_one(Center & (attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) | s)))
365                     score += LongRangedBishop;
366             }
367
368             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
369             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
370             // when that pawn is also blocked.
371             if (   Pt == BISHOP
372                 && pos.is_chess960()
373                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
374             {
375                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
376                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
377                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
378                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
379                                                                               : TrappedBishopA1H1;
380             }
381         }
382
383         if (Pt == ROOK)
384         {
385             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
386             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
387                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
388
389             // Bonus when on an open or semi-open file
390             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
391                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
392
393             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
394             else if (mob <= 3)
395             {
396                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
397
398                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
399                     && !pe->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
400                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
401             }
402         }
403
404         if (Pt == QUEEN)
405         {
406             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
407             Bitboard pinners;
408             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, pinners))
409                 score -= WeakQueen;
410         }
411     }
412
413     if (T)
414         Trace::add(Pt, Us, score);
415
416     return score;
417   }
418
419
420   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
421
422   template<Tracing T>  template<Color Us>
423   Score Evaluation<T>::evaluate_king() {
424
425     const Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
426     const Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
427     const Bitboard  Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
428                                         : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
429
430     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
431     Bitboard weak, b, b1, b2, safe, unsafeChecks;
432     int kingDanger;
433
434     // King shelter and enemy pawns storm
435     Score score = pe->king_safety<Us>(pos, ksq);
436
437     // Main king safety evaluation
438     if (kingAttackersCount[Them] > (1 - pos.count<QUEEN>(Them)))
439     {
440         // Attacked squares defended at most once by our queen or king
441         weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
442               & ~attackedBy2[Us]
443               & (attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN] | ~attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
444
445         kingDanger = unsafeChecks = 0;
446
447         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
448         safe  = ~pos.pieces(Them);
449         safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
450
451         b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
452         b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
453
454         // Enemy queen safe checks
455         if ((b1 | b2) & attackedBy[Them][QUEEN] & safe & ~attackedBy[Us][QUEEN])
456             kingDanger += QueenSafeCheck;
457
458         b1 &= attackedBy[Them][ROOK];
459         b2 &= attackedBy[Them][BISHOP];
460
461         // Enemy rooks checks
462         if (b1 & safe)
463             kingDanger += RookSafeCheck;
464         else
465             unsafeChecks |= b1;
466
467         // Enemy bishops checks
468         if (b2 & safe)
469             kingDanger += BishopSafeCheck;
470         else
471             unsafeChecks |= b2;
472
473         // Enemy knights checks
474         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
475         if (b & safe)
476             kingDanger += KnightSafeCheck;
477         else
478             unsafeChecks |= b;
479
480         // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
481         // the square is not defended by our pawns or occupied by a blocked pawn.
482         unsafeChecks &= ~(   attackedBy[Us][PAWN]
483                           | (pos.pieces(Them, PAWN) & shift<Up>(pos.pieces(PAWN))));
484
485         kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
486                      + 102 * kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
487                      + 191 * popcount(kingRing[Us] & weak)
488                      + 143 * popcount(pos.pinned_pieces(Us) | unsafeChecks)
489                      - 848 * !pos.count<QUEEN>(Them)
490                      -   9 * mg_value(score) / 8
491                      +  40;
492
493         // Transform the kingDanger units into a Score, and substract it from the evaluation
494         if (kingDanger > 0)
495             score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
496     }
497
498     // King tropism: firstly, find squares that opponent attacks in our king flank
499     File kf = file_of(ksq);
500     b = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[kf] & Camp;
501
502     assert(((Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) & b) == 0);
503     assert(popcount(Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) == popcount(b));
504
505     // Secondly, add the squares which are attacked twice in that flank and
506     // which are not defended by our pawns.
507     b =  (Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4)
508        | (b & attackedBy2[Them] & ~attackedBy[Us][PAWN]);
509
510     score -= CloseEnemies * popcount(b);
511
512     // Penalty when our king is on a pawnless flank
513     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[kf]))
514         score -= PawnlessFlank;
515
516     if (T)
517         Trace::add(KING, Us, score);
518
519     return score;
520   }
521
522
523   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the types of the attacking
524   // and the attacked pieces.
525
526   template<Tracing T>  template<Color Us>
527   Score Evaluation<T>::evaluate_threats() {
528
529     const Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK      : WHITE);
530     const Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH      : SOUTH);
531     const Direction Left     = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
532     const Direction Right    = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
533     const Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB    : Rank6BB);
534
535     Bitboard b, weak, defended, stronglyProtected, safeThreats;
536     Score score = SCORE_ZERO;
537
538     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
539     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & attackedBy[Us][PAWN];
540
541     if (weak)
542     {
543         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
544                                     | attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
545
546         safeThreats = (shift<Right>(b) | shift<Left>(b)) & weak;
547
548         score += ThreatBySafePawn * popcount(safeThreats);
549
550         if (weak ^ safeThreats)
551             score += ThreatByHangingPawn;
552     }
553
554     // Squares strongly protected by the opponent, either because they attack the
555     // square with a pawn, or because they attack the square twice and we don't.
556     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
557                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
558
559     // Non-pawn enemies, strongly protected
560     defended =  (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN))
561               & stronglyProtected;
562
563     // Enemies not strongly protected and under our attack
564     weak =   pos.pieces(Them)
565           & ~stronglyProtected
566           &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
567
568     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
569     if (defended | weak)
570     {
571         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
572         while (b)
573         {
574             Square s = pop_lsb(&b);
575             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
576             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
577                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
578         }
579
580         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & attackedBy[Us][ROOK];
581         while (b)
582         {
583             Square s = pop_lsb(&b);
584             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
585             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
586                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
587         }
588
589         score += Hanging * popcount(weak & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
590
591         b = weak & attackedBy[Us][KING];
592         if (b)
593             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
594     }
595
596     // Bonus for opponent unopposed weak pawns
597     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
598         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
599
600     // Find squares where our pawns can push on the next move
601     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
602     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
603
604     // Keep only the squares which are not completely unsafe
605     b &= ~attackedBy[Them][PAWN]
606         & (attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
607
608     // Add a bonus for each new pawn threats from those squares
609     b =  (shift<Left>(b) | shift<Right>(b))
610        &  pos.pieces(Them)
611        & ~attackedBy[Us][PAWN];
612
613     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
614
615     // Add a bonus for safe slider attack threats on opponent queen
616     safeThreats = ~pos.pieces(Us) & ~attackedBy2[Them] & attackedBy2[Us];
617     b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & attackedBy[Them][QUEEN_DIAGONAL])
618        | (attackedBy[Us][ROOK  ] & attackedBy[Them][QUEEN] & ~attackedBy[Them][QUEEN_DIAGONAL]);
619
620     score += ThreatByAttackOnQueen * popcount(b & safeThreats);
621
622     if (T)
623         Trace::add(THREAT, Us, score);
624
625     return score;
626   }
627
628
629   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns and candidate passed
630   // pawns of the given color.
631
632   template<Tracing T>  template<Color Us>
633   Score Evaluation<T>::evaluate_passed_pawns() {
634
635     const Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
636     const Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
637
638     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
639     Score score = SCORE_ZERO;
640
641     b = pe->passed_pawns(Us);
642
643     while (b)
644     {
645         Square s = pop_lsb(&b);
646
647         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
648
649         bb = forward_file_bb(Us, s) & (attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
650         score -= HinderPassedPawn * popcount(bb);
651
652         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
653         int rr = r * (r - 1);
654
655         Value mbonus = Passed[MG][r], ebonus = Passed[EG][r];
656
657         if (rr)
658         {
659             Square blockSq = s + Up;
660
661             // Adjust bonus based on the king's proximity
662             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
663                      - distance(pos.square<KING>(  Us), blockSq) * 2 * rr;
664
665             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
666             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
667                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + Up) * rr;
668
669             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
670             if (pos.empty(blockSq))
671             {
672                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
673                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
674                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
675                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
676
677                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
678
679                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
680                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
681
682                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
683                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
684
685                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
686                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
687                 int k = !unsafeSquares ? 18 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 8 : 0;
688
689                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
690                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
691                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
692                     k += 6;
693
694                 else if (defendedSquares & blockSq)
695                     k += 4;
696
697                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
698             }
699             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
700                 mbonus += rr + r * 2, ebonus += rr + r * 2;
701         } // rr != 0
702
703         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
704         // pawn push to become passed or have a pawn in front of them.
705         if (!pos.pawn_passed(Us, s + Up) || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
706             mbonus /= 2, ebonus /= 2;
707
708         score += make_score(mbonus, ebonus) + PassedFile[file_of(s)];
709     }
710
711     if (T)
712         Trace::add(PASSED, Us, score);
713
714     return score;
715   }
716
717
718   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
719   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
720   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
721   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
722   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
723   // improve play on game opening.
724
725   template<Tracing T>  template<Color Us>
726   Score Evaluation<T>::evaluate_space() {
727
728     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
729     const Bitboard SpaceMask =
730       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
731                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
732
733     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
734     // SpaceMask. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
735     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
736     Bitboard safe =   SpaceMask
737                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
738                    & ~attackedBy[Them][PAWN]
739                    & (attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
740
741     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
742     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
743     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
744     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
745
746     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
747     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
748
749     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount.
750     int bonus = popcount((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
751     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * pe->open_files();
752
753     return make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
754   }
755
756
757   // evaluate_initiative() computes the initiative correction value for the
758   // position, i.e., second order bonus/malus based on the known attacking/defending
759   // status of the players.
760
761   template<Tracing T>
762   Score Evaluation<T>::evaluate_initiative(Value eg) {
763
764     int kingDistance =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
765                       - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
766     bool bothFlanks = (pos.pieces(PAWN) & QueenSide) && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
767
768     // Compute the initiative bonus for the attacking side
769     int initiative = 8 * (pe->pawn_asymmetry() + kingDistance - 17) + 12 * pos.count<PAWN>() + 16 * bothFlanks;
770
771     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
772     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
773     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
774     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(initiative, -abs(eg));
775
776     if (T)
777         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
778
779     return make_score(0, v);
780   }
781
782
783   // evaluate_scale_factor() computes the scale factor for the winning side
784
785   template<Tracing T>
786   ScaleFactor Evaluation<T>::evaluate_scale_factor(Value eg) {
787
788     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
789     ScaleFactor sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
790
791     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
792     // types of endgames, and use a lower scale for those.
793     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN)
794     {
795         if (pos.opposite_bishops())
796         {
797             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
798             // is almost a draw, in case of KBP vs KB, it is even more a draw.
799             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
800                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
801                 return more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(31) : ScaleFactor(9);
802
803             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
804             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
805             return ScaleFactor(46);
806         }
807         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
808         // pawns are drawish.
809         else if (    abs(eg) <= BishopValueEg
810                  &&  pos.count<PAWN>(strongSide) <= 2
811                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
812             return ScaleFactor(37 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide));
813     }
814
815     return sf;
816   }
817
818
819   // value() is the main function of the class. It computes the various parts of
820   // the evaluation and returns the value of the position from the point of view
821   // of the side to move.
822
823   template<Tracing T>
824   Value Evaluation<T>::value() {
825
826     assert(!pos.checkers());
827
828     // Probe the material hash table
829     me = Material::probe(pos);
830
831     // If we have a specialized evaluation function for the current material
832     // configuration, call it and return.
833     if (me->specialized_eval_exists())
834         return me->evaluate(pos);
835
836     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
837     // the position object (material + piece square tables) and the material
838     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
839     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + Eval::Contempt;
840
841     // Probe the pawn hash table
842     pe = Pawns::probe(pos);
843     score += pe->pawns_score();
844
845     // Early exit if score is high
846     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
847     if (abs(v) > LazyThreshold)
848        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
849
850     // Main evaluation begins here
851
852     initialize<WHITE>();
853     initialize<BLACK>();
854
855     score += evaluate_pieces<WHITE, KNIGHT>() - evaluate_pieces<BLACK, KNIGHT>();
856     score += evaluate_pieces<WHITE, BISHOP>() - evaluate_pieces<BLACK, BISHOP>();
857     score += evaluate_pieces<WHITE, ROOK  >() - evaluate_pieces<BLACK, ROOK  >();
858     score += evaluate_pieces<WHITE, QUEEN >() - evaluate_pieces<BLACK, QUEEN >();
859
860     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
861
862     score +=  evaluate_king<WHITE>()
863             - evaluate_king<BLACK>();
864
865     score +=  evaluate_threats<WHITE>()
866             - evaluate_threats<BLACK>();
867
868     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE>()
869             - evaluate_passed_pawns<BLACK>();
870
871     if (pos.non_pawn_material() >= SpaceThreshold)
872         score +=  evaluate_space<WHITE>()
873                 - evaluate_space<BLACK>();
874
875     score += evaluate_initiative(eg_value(score));
876
877     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
878     ScaleFactor sf = evaluate_scale_factor(eg_value(score));
879     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
880        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
881
882     v /= int(PHASE_MIDGAME);
883
884     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
885     if (T)
886     {
887         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
888         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
889         Trace::add(PAWN, pe->pawns_score());
890         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
891         if (pos.non_pawn_material() >= SpaceThreshold)
892             Trace::add(SPACE, evaluate_space<WHITE>()
893                             , evaluate_space<BLACK>());
894         Trace::add(TOTAL, score);
895     }
896
897     return (pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v) + Eval::Tempo; // Side to move point of view
898   }
899
900 } // namespace
901
902 Score Eval::Contempt = SCORE_ZERO;
903
904 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static evaluation
905 /// of the position from the point of view of the side to move.
906
907 Value Eval::evaluate(const Position& pos)
908 {
909    return Evaluation<>(pos).value();
910 }
911
912 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
913 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
914 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
915
916 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
917
918   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
919
920   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value();
921   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
922
923   std::stringstream ss;
924   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
925      << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
926      << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
927      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
928      << "       Material | " << Term(MATERIAL)
929      << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
930      << "          Pawns | " << Term(PAWN)
931      << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
932      << "        Bishops | " << Term(BISHOP)
933      << "          Rooks | " << Term(ROOK)
934      << "         Queens | " << Term(QUEEN)
935      << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
936      << "    King safety | " << Term(KING)
937      << "        Threats | " << Term(THREAT)
938      << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
939      << "          Space | " << Term(SPACE)
940      << "     Initiative | " << Term(INITIATIVE)
941      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
942      << "          Total | " << Term(TOTAL);
943
944   ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
945
946   return ss.str();
947 }